控轧控冷工艺提高带钢力学性能

1应用控轧控冷技术提高带钢力学性能解代军唐山不锈钢有限责任公司摘要：通过分析控轧控冷工艺中轧制温度、轧制速度、冷却速度等对带钢力学性能的影响，给出适当的工艺参数，从而大大提高钢带力学性能的合格率。关键词：控制轧制、控制冷却、晶粒、力学性能1、前言：钢材市场竞争日益激烈，需不断提高产品的实物质量，而控轧控冷是提高轧材质量的有效手段。控制轧制和控制冷却技术是最近二十多年来国内外新发展起来的轧钢生产新技术，由于人们对控制轧制和控制冷却机理的认识不断深化，加之现代化的设备和检测控制手段在轧钢生产中的应用，使控轧控冷技术日趋完善，该项生产新技术受到国内外冶金界的重视，各国先后将此项技术应用在轧钢生产中，明显地改善和提高了钢材的强韧性和使用性能，为节约能源，简化生产工艺，开发钢材新品种创造了有利条件。2、控制轧制：控制轧制的实质：尽可能降低加热温度，即将开始轧制前的奥氏体晶粒微细化；使中间温度区(如900C以上)的轧制道次程序最佳化，通过反复再结晶使奥氏体晶粒微细化（控制轧制速度）；加大奥氏体未再结晶区的累积压下量，增加奥氏体每单位体积的晶粒界面积和变形带面积。2.1、控制轧制工艺特点：2.1.1、加热温度通常轧制：加热温度为1250C；如果对低温韧性要求高，加热温度降低到1150C左右，必要时降低到950C左右。2.1.2、轧制温度在奥氏体区轧制，终轧温度升高，粗大的转变成粗大的，并易出现魏氏组织，对钢的性能不利。因此，要求最后几道次的轧制温度要低。一般：终轧温度尽可能接近奥氏体开始转变温度，起到相似于正火的作用。一般低碳结构钢：在830C左右或者更低些。2.1.3、控制变形程度2.1.3.1、要连续轧制，不要间歇，尤其在的高温侧(动态再结晶区)，使晶粒来不及长大；2.1.3.2、道次变形量应大于临界变形量，使全部晶粒能进行再结晶，即大压下量轧制，否则将产生混晶。2.1.3.3、为了细化金属的组织，可以采用多方向、轧制技术。采用多向变形，可以比较容易地产生作为大角度晶界源的GN位错，使活动的滑移系发生变化，从而导致超细晶粒的形成。22.2、控制轧制的效应2.2.1、使钢材的强度和低温韧性有较大幅度的改善。常规轧制工艺：晶粒7～8级，晶粒直径20m；控制轧制工艺，可达12级，其直径可为5m。两种轧制性能对比轧制制度试验状态抗拉强度Mpa屈服强度Mpa延伸%面缩%屈强比常规轧制热轧态1310～1670615～7405～612～19不能拔丝控制轧制热轧态925～101019.5～2445～58直接拔丝两种轧制指标平均差300～50014～1825～30控制轧制比常规轧制的强度低300～500MPa，延伸高14%以上，面缩高25%以上，所以控制轧制的钢可以不用退火就可以满足减面率为45%的拉拔。而常规轧制拉拔前必须退火。2.2.2、可节省能源和使生产工艺简化钢坯的加热温度降低，减少热量消耗；取消热轧后的常化处理或淬火回火处理，为后续冷轧打下基础。3、控制冷却：在采用控制轧制工艺时要考虑到轧机的设备条件。低温、大压下增大了轧机的负荷；为使终轧温度降低，除采用低温加热外，还需要在轧制过程中降低轧件的温度，这也要求有相应的速冷措施。控制冷却是为了细化铁素体晶粒，减小珠光体片层间距，阻止碳化物在高温下析出，以提高析出强化效果而采用的一种工艺。控制冷却是从Ar3以上的温度开始水冷，在相变终了温度附近(550～500℃)结束，然后进行空冷。控制冷却将空冷时生成的珠光体变成微细分散的贝氏体，这样控轧后进行控冷的组织是细晶铁素体和微细弥散型贝氏体的混合组织，铁素体晶粒的细化与贝氏体比率的增加可在提高强度的同时改善延伸性。控冷能获得细化效果的具体原因在于：控轧后引入加速冷却控制，可降低奥氏体的相变温度，过冷度增大，增大γ—α相变驱动力，使α相从更多的形核点生成，同时抑制α晶粒的长大，而且由于冷却速度增加，阻止或延迟了碳、氮化物在冷却过程中的过早析出，因而易于生成更加弥散的析出物。进一步提高微合金化钢冷却速度，可形成贝氏体或针状铁素体，进一步改善钢的强韧性。轧后控冷分三阶段：第一阶段：从终轧温度开始到变形奥氏体向铁素体开始转变温度Ar3或二次碳化物开始析出温度范围内的冷却控制，即控制开始快冷温度、冷却速度和快冷终止温度。目的：控制变形奥氏体的组织状态，阻止奥氏体晶粒的长大，阻止碳化物析出，固定因变形而引起的位错，降低相变温度、为相变做组织上的准备。一次冷却的开始快冷温度越接近终轧温度，细化变形奥氏体和增大有效晶界面积的效果越明显。经过实测，开始快冷温度在Ar3至750℃之间最好。第二阶段：从相变开始温度到相变结束温度范围内的冷却控制。目的：控制钢材相变时的冷却速度和停止控冷的温度，即控制相变过程，以保证钢材快冷后得到所要求的金相组织和力学性能。经过实测，冷却速度应控制在10℃/s左右，快冷终止温度在450℃至550℃3之间。三次冷却(空冷）：相变后至室温范围内的冷却。目的：对低碳钢：此阶段冷却速度对组织没有什么影响；对含Nb钢：在空冷过程中会发生碳氮化物析出；对高碳钢或高碳合金钢：相变后空冷时将使快冷时来不及析出的过饱和碳化物继续弥散析出。如相变完成后仍采用快速冷却工艺，就可以阻止碳化物析出，保持其碳化物固溶状态，以达到固溶强化的目的。冷却方法：喷水冷却(喷流冷却)：水从压力喷嘴中以一定压力喷出水流，而水流为连续的，没有间断现象，但是呈紊流状态。4、结论在控轧控冷工艺下，降低终轧温度、加大冷却速度可有效细化晶粒，提高钢带的强度。比较合理的工艺参数为（针对普碳钢）：加热温度1200℃左右，终轧温度在830℃左右或更低些，快冷开始温度在830℃至750℃之间，冷却速度应控制在10℃/s左右，快冷终止温度在450℃至550℃之间。钢带具有大量细晶铁素体和少量珠光体组织，力学性能较高。参考文献1、翁宇庆，钢铁组织材料的组织细化。钢铁，2003（5）2、刘国勋，金属学原理，冶金工业出版社，1980.3、刘靖，材料加工物理冶金学